Analytische Maschinen

In dieser Arbeit präsentieren wir einige Resultate über analytische Maschinen hinsichtlich des Berechenbarkeitsbegriffs über Q und R, der Lösungen von Differentialgleichungen und des Stabilitätsproblems dynamischer Systeme. Wir erläutern zuerst das Maschinenmodell, das eine Art von BLUM-SHUB-SMALE Maschine darstellt, erweitert um unendliche, konvergente Berechnungen. Danach vergleichen wir die Mächtigkeit dieses Berechnungsmodells über den Körpern Q und R und zeigen z.B., daß endliche Berechnungen mit reellen Zahlen durch unendliche, konvergente Berechnungen mit rationalen Zahlen simuliert werden können, wobei die Genauigkeit der Approximation während des Prozesses nicht bekannt ist. Analytische Berechnungen über R sind echt mächtiger als über Q. Unsere Aufmerksamkeit wendet sich dann gewöhnlichen Differentialgleichungen (DGl) zu, bei denen wir hinreichende Kriterien für die Berechenbarkeit von Lösungen innerhalb unseres Modells angeben. Schließlich untersuchen wir dynamische Systeme, die durch DGl beschrieben werden, und zeigen die Unentscheidbarkeit einer Klasse von Stabilitätsproblemen für dynamische Systeme.In this thesis we present some results about analytic machines regarding computability over Q and R, solutions of differential equations, and the stability problem of dynamical systems. We first explain the machine model, which is a kind of BLUM-SHUB-SMALE machine enhanced by infinite convergent computations. Next, we compare the computational power of such machines over the fields Q and R showing e.g. that finite computations with real numbers can be simulated by infinite converging computations on rational numbers, but the precision of the approximation is not known during the process. Analytic computations over R are strictly more powerful than over Q. Our attention is then shifted to ordinary differential equations (ODEs) where we establish sufficient criteria for the computability of their solutions within our model. We investigate dynamical systems described by ODEs and show the undecidability of a class of stability problems for dynamical systems

Modellextraktion aus natürlichen Sprachen : eine Methode zur systematischen Erstellung von Domänenmodellen

Die Softwareentwicklung benötigt ständig Domänenmodelle: beim Erheben der Anforderungen, beim Design, bei der Implementierung, beim Testen, bei der Dokumentation und bei der Wartung. Dennoch ist das Erstellen dieser Modelle immer noch ein kreativer Akt - mit allen Vor- und vor allem Nachteilen. Dieses Buch stellt ein auf thematischen Rollen basierendes Verfahren vor, mit dem man auf analytischem Weg von natürlichsprachlichen Texten zu Domänenmodellen kommt

Design und Realisierung eines hochgradig modularen Messsystems zur Fourier-Impedanzspektroskopie an Gassensoren auf Halbleiterbasis

Jüngere Forschungsarbeiten lieferten tiefere Einblicke in die Funktionsweise von halbleiterbasierten Gassensoren. Es zeigte sich, dass sowohl der temperaturzyklische Betrieb wie auch die Impedanzspektroskopie sowie die Kombination beider Verfahren signifikante Aussagen zur Interpretation der Messwerte liefert. Dazu sind zusammenhängende Frequenzbereiche von drei bis vier Dekaden bei präzisen Temperaturvorgaben zu erfassen. Je nach Sensortyp beginnt der Bereich bei wenigen Hz oder gar mHz und kann sich bis in den unteren MHz Bereich erstrecken, bei Temperaturwerten der Sensorschicht bis zu mehreren hundert Grad Celsius. Zur Einhaltung stationärer Messbedingungen ist die Minimierung der Messzeit zur Aufnahme eines Impedanzspektrums eine wichtige Anforderung. Insbesondere gilt dies für die thermisch sehr schnellen MEMS-Sensoren. Somit sind fourierbasierte Messverfahren die erste Wahl. Da marktübliche Geräte hier die Gesamtheit der individuellen Anforderungen nicht optimal abbilden, wurde ein applikationsspezifisches Messsystem (FobIS) realisiert. Der Text führt von den theoretischen Grundlagen der Fourier-Impedanzspektroskopie über die konkrete Systementwicklung hin bis zur Verifikation der Leistungsdaten. Hohe Flexibilität hinsichtlich der Messaufgabe und die Möglichkeit der modularen Funktionserweiterung kennzeichnen das System, welches, speziell zugeschnitten auf die Besonderheiten halbleiterbasierter Gassensorik, umfassende Messmöglichkeiten bereitstellt.Recent research work on semiconductor based gas sensor devices revealed a deeper insight in understanding and interpretation of measurement results. It was shown that temperature-cycled sensor operation, electrical impedance spectroscopy as well as the combination of both techniques is well suited to yield important information about the sensor's health status, and is able to improve the evaluation of the measurements, especially with regard to selectivity and aging. Depending on the sensor's architecture a frequency range of several decades from below some few Hertz, even mHz, up to the lower MHz range has to be covered. In parallel a precise dynamic temperature control in different ranges up to some hundreds degrees Celsius has to accompany the measurement. Especially temperature-cycled investigations on MEMS devices with their very speedy thermal behaviour make necessary the high-speed capturing of the sensor's impedance. The most adequate technique to fulfill this task is Fourier spectroscopy. Unfortunately, commercially available equipment is not always well suited to cover these specific requirements. That is the reason why a Fourier based equipment for impedance spectroscopy (FobIS) was designed and realized as well as the achieved overall performance data were checked. Customized for the measurement requirements in conjunction with semiconductor based gas sensors, the design is highly modular and offers a wide range of flexibility under various measurement conditions

Neuartige Sensoren zur Erfassung von Dehnungen in Faserverbundwerkstoffen (Structural Health Monitoring)

Dehnungssensoren werden zur Überwachung von sicherheitsrelevanten Bauteilen, besonders in Bauteilen aus faserverstärkten Polymermatrixverbundwerkstoffen eingesetzt. Durch deren Integration in das Bauteilinnere werden sie vor schädigenden mechanischen sowie korrosiven Einwirkungen geschützt. Dies gewährleistet eine zuverlässige sowie dauerhafte Funktion. Verschiedene Ansätze zur Weiterentwicklung integrierbarer Dehnungssensoren werden international untersucht. Die Verringerung des Sensordurchmessers auf Abmaße im Bereich des Durchmessers von Verstärkungsfasern ist dabei ein bedeutendes Entwicklungsziel. Insbesondere bei der Integration in Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen sorgen zum Durchmesser von Fasern vergleichbare Sensordurchmesser für eine optimale Sensoranbindung. Die Bildung von Harznestern sowie schwächender Unstetigkeiten kann mittels dünner Sensoren verhindert werden. Dies gewährleistet eine artefaktefreie Dehnungsmessung. Drei verschiedene Ansätze für neuartige Dehnungssensoren mit kleinem Querschnitt wurden in dieser Arbeit untersucht.Strain sensors are used for structural health monitoring issues, certainly in parts with high safety requirements made of fibre-reinforced plastic composites. The integration of these sensors inside the parts protects them against any mechanical and corrosive impact. The sensor functionality can be enhanced by integration. There is a lot of international research effort to further develop integratable strain sensors. Different approaches are currently pursued. This thesis presents the results of investigations on three different approaches for novel strain sensors. The main goal of these investigations was to minimise the sensor diameter down to the diameter of reinforcing fibres. The small diameter allows for an optimum and artefact free integration of the sensors. The formation of resin nests and notches to the material structure can be prevented by integrating sensor with a smaller diameter. The strain measurement and monitoring is enhanced and more reliable then

Emergenz, Subjekt und Situation. Eine Studie zum Aspekt der Diskontinuität in einer Theorie der autonomen Reproduktion von Gesellschaft

Die Studie widmet sich der Ausarbeitung einer Theorie der Gesellschaft, welche den Aspekt der subjektiven Aktualität als produktives Moment der Kontinuität des Sozialen unter der Perspektive der Annahme einer autonomen Eigenlogik des gesellschaftlichen Prozesses analysiert. Nach der philosophischen Präzisierung einer `radikal holistischen´ Paradigmatik in Auseinandersetzung mit philosophischen und soziologischen Emergenztheorien werden die Themenkomplexe `Subjekt´ und `Situation´ im Kontext dieser Paradigmatik und insbesondere in Auseinandersetzung mit naturalistischen, prozessontologischen (`praxistheoretischen´)und individualistischen Prämissen intensiv diskutiert. Im Zentrum der Studie steht dabei das Ansinnen, einen neuartigen methodologischen Individualismus bzw. methodologischen Situationismus zu kreieren, der die Unhintergehbarkeit sozialer Produktivität (`Ereignishaftigkeit´) uneingeschränkt akzeptiert, jedoch sowohl auf die Annahme einer souveränen (nicht-sozialen) Intentionalität als auch auf diejenige einer Analogie zwischen natürlicher und sozialer Materialität verzichtet. Eine analytische Leitdifferenz zwischen Kontinuität und Diskontinuität liefert nach Ansicht der Studie ein Fundament, um das Verhältnis zwischen den Prinzipien der gesellschaftlichen Reproduktion und denjenigen der Genese konkreter Einzelereignisse im Einklang mit der Paradigmatik eines soziologischen Monismus konzeptionell zu artikulieren

Fragen der theoretischen Physik und Kosmologie auf erkenntnistheoretischer Basis

Band 1 leitet eine Reihe von bisher unveröffentlichten Arbeiten des Physikers Helmut Zschörner ein, die sich mit grundlegenden Fragen der Erkenntnistheorie, Physik und Kosmologie befassen und zum grössten Teil in den 80er Jahren entstanden. Sie beruhen auf einer Theorie universeller und determinierbarer Systeme, die vom Autor mit Hilfe der Methode der reinen und vollständigen Deduktion erarbeitet wurde. Diese Theorie wird in den fol-genden Bänden 2 und 3 vorgestellt. Für die Deutung der Entstehung und des Zustandes der materiellen Welt ergeben sich daraus faszinierende neuartige Einsichten, die zum Teil im eklatanten Widerspruch zu aktuellen Deutungen der theoretischen Physik stehen oder – wie im Fall der Relativitätstheorie – ergänzend darüber hinaus führen. Für diesen Band wurden drei spezielle Aufsätze als Auftakt für die geschlossene Darstellung der Theorie universeller und determinierbarer Systeme in den folgenden Bänden 2 und 3 ausgewählt. Es handelt sich um Ausführungen zur Vakuum-Lichtgeschwindigkeit, zur Theorie von Elementarobjekten (vom Autor als Neutrinos definiert) als Grundlage des materiellen Universums und - darauf aufbauend – zur Herkunft und Wirkung der Gravitation. Dabei werden Fragen nach der Art des „Urknalls“, nach der Entstehung der 3K-Hintergrundstrahlung und der einheitlichen Deutung aller physikalischen Wechselwirkungen angesprochen. U. a. ergibt sich aus der Theorie der Ausdehnung des Universums und aus der deduktiv abgeleiteten Zunahme der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit mit der Zeit eine beschleunigte Ausdehnung des Universums, ohne dass dunkle Energie postuliert werden muss. Dieser Befund wurde rund 10 Jahre nach der Entstehung der Aufsätze durch astronomische Beobachtungen bestätigt. Die Aufsätze mögen als Motivation zur weiteren Beschäftigung mit den Arbeiten Helmut Zschörners dienen, die in der anhängenden Dokumentation vom Autor kurz beschrieben werden. Die Auswahl der in diesem Band vereinten sechs Aufsätze Helmut Zschörners ist vor allem bedingt durch die Verfügbarkeit reproduzierbarer Manuskripte, die sich im engeren und weiteren Sinn mit Fragen der Physik befassen. Die Arbeiten kreisen um Fragen der Interpretation der Relativitätstheorie und ihrer Erweiterung. Die Hypothese der Dunkelmaterie wird als fundamentales Denkproblem identifiziert. Die Anwendung der ihrem Charakter nach nicht-objektiven Mathematik auf das objektive materielle Universum wird kritisch diskutiert. Und es wird gefragt woher die Naturgesetze kommen, welche Bedeutung sie für die geistige Existenz des Menschen haben und wie sich durch Vor-Urteile belastetes axiomatisches Denken in den Naturwissenschaften aus-wirkt

CMOS Bildsensoren mit Kurzzeitverschluß zur Tiefenerfassung nach dem Lichtlaufzeit-Meßprinzip

Thema der Arbeit ist die Untersuchung, der Entwurf und die Realisierung von Bildsensoren in Standard-CMOS-Technologie mit schnellen CMOS-Schaltungen, die zur Erfassung von 3D-Bildern geeignet sind. Als Grundlage für die Entwicklung dient ein optisches Puls-Laufzeit-Messverfahren ("Multiple Double Short Time Integration" - MDSI), das robust gegen Hintergrundlichteinflüsse und weitgehend unabhängig von der Refflektivität der erfaßten Oberflächen eine besonders kostengünstige Realisierung auch im Hinblick auf eine spätere Serienfertigung verspricht. Hierzu wird das entwickelte Messprinzip sowohl auf Systemebene wie auch im Hinblick auf prinzipbedingte und technologische Einflüsse diskutiert und analysiert. Eine Randbedingung ist der avisierte Einsatz für vielerlei Anwendungen im menschlichen Umfeld. Hierdurch ist die erlaubte Leistung der Pulslichtquelle sehr eingeschränkt. Weil die Laufzeit (~10ns) von Lichtpulsen auf geringen Distanzen von einigen Metern bei begrenzter Beleuchtungsstärke nach Maßgaben der Augensicherheit vermessen wird sind in den Bildsensoren entsprechend schnelle und gleichzeitig empfindliche Akquisitions-schaltungen notwendig. In dieser Arbeit wird aufgezeigt, wie basierend auf der o.g. Analyse mit schaltungstechnischen Mitteln den verschiedenen Störeinflüssen begegnet werden kann und eine effiziente Umsetzung des Messverfahrens in integrierte Bildsensoren möglich ist. Die Realisierbarkeit wird anhand von drei im Rahmen dieser Arbeit in einer 0,5µm Standard CMOS-Technik entwickelter Zeilen- bzw. Bildsensoren demonstriert, die abschließend diskutiert und mit den erreichten Leistungsdaten vorgestellt werden.The present thesis is a study, the concept and the realization of image sensors with standard CMOS technology in fast CMOS circuits, which are suitable for the capture of 3D (range) images. In this case an optical puls-travel-time-measurement, the so called "Multiple Double Short Time Integration" - MDSI was used as a base of the development. It enables surpression of the background illumination and correction of reflectivity variations in scene objects and represents a cost-efficient realization for the series production later on. Here the designed measuring method will be discussed and analyzed as inherent to its functional principle as well as technological influences. A constraint is the advised use for lots of varying fields in human environments, because of this the allowed capacity of the puls-light-source is very limited. The image sensors need fast and at the same time sensitive acquisitions circuits, because the travel time (~10ns) of light pulses will be measured with limited illumination and short distance by restrictions of the eyesafety. This thesis shows an efficient way of developing a measurement in integrated Imagesensors, regardless of other influences by the earlier mentioned analysis. The realization will be demonstrated by three Imagesensors, developed in a standard CMOS-technique and finally discussed and presented with the reached specifications

Chronologie der Naturwissenschaften: Der Weg der Mathematik und der Naturwissenschaften von den Anfängen in das 21. Jahrhundert

Das Werk ist eine Chronologie der mathematisch-naturwissenschaftlichen Entdeckungen und deren Protagonisten. Es enthält ca. zwölftausend Einträge über Entdeckungen und Erfindungen mit den Namen jener Personen, die in den einzelnen Disziplinen (Mathematik, Physik, Chemie, Astro-, Geo- und Biowissenschaften) Entdeckungen gemacht haben. Das Nachschlagewerk ist nach Jahren geordnet und umfasst den Zeitraum zwischen 10.000 v.Chr. bis 1990. Das Werk ergibt damit ein Bild von dem langen und komplizierten Prozess, der von den ersten Erfahrungen und Erkenntnissen über die Natur zu einzelnen wissenschaftlichen Kenntnissen über deren Teilgebiete, dann zu systematischem Wissen über diese Teilgebiete und schließlich zu den heutigen Naturwissenschaften führte. Für die Vor- und Frühgeschichte sind dabei auch Leistungen berücksichtigt, denen das Attribut der Wissenschaftlichkeit zwar nur bedingt zuerkannt werden kann, deren Aufnahme jedoch unabdingbar ist, um die historischen Entwicklungslinien im vollen Umfang nachzuzeichnen. Die Geowissenschaften sind in ihrer ganzen, auch die Länder- bzw. Völkerkunde umfassenden Breite vertreten, wobei auch die Anfänge jener Entwicklungen berücksichtigt wurden, die später zu den heute oft als Humangeographie bezeichneten sozial- und geisteswissenschaftlichen Komponenten der Geowissenschaften (Sozial-, Verkehrs-, Wirtschaftsgeographie usw.) führten. Zudem enthält das Werk Daten zu frühen Universitätsgründungen, zur Formierung verschiedener philosophischer Ideen und Systeme, zur Entstehung bedeutender Akademien, zur Gründung von Vereinigungen der einzelnen Disziplinen, zur Herausgabe von Zeitschriften und zur Konstruktion von wissenschaftlichen Geräten, die – wie Mikroskop, Fernrohr oder Teilchenbeschleuniger – die weitere Forschung maßgeblich beeinflussten. Eine besondere Rolle spielte die Umsetzung naturwissenschaftlicher Ideen in technologischen Verfahren und die sich dabei ergebenden Rückwirkungen auf den Erkenntnisfortschritt in der jeweiligen Disziplin. Die Fülle der Einträge ermöglicht es, eine Vorstellung von den bestimmenden Entwicklungslinien der einzelnen naturwissenschaftlichen Gebiete und der Mathematik in einem beliebigen Zeitraum zu gewinnen und zu erkennen, welchen Platz sie und ihre Disziplinen in der Entwicklung der menschlichen Gesellschaft eingenommen haben bzw. wie sich diese Rolle im Laufe der Jahrhunderte veränderte. Zugleich werden auch die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Disziplinen deutlich.:Geleitwort Vorwort und Danksagung Benutzerhinweise Autoren und deren Beiträge Epochen Vorgeschichte und frühe Hochkulturen Griechisch-hellenistische Antike Mittelalter Renaissance, Humanismus, Reformation Wissenschaftliche Revolution und Rationalismus Die Zeit des Durchbruchs zur Industriewirtschaft Der Industriekapitalismus am Ende des 19. und im Übergang ins 20. Jahrhundert Die Herausbildung der modernen Naturwissenschaften Die Zeit des kalten Krieges Verzeichnisse Verzeichnis der Nobelpreisträger Literaturverzeichnis Personenverzeichnis Sachwortverzeichni

Lernendenzentrierte aktivierende Lehre mit großen Kohorten für universitäre Lehrveranstaltungen

45 Prozent - So hoch ist die Studienabbrecherquote an deutschen Universitäten in den Studiengängen der Elektrotechnik und Informatik. Die meisten Studierenden brechen dabei aufgrund von Leistungsproblemen und mangelnder Studienmotivation ab. In dieser Dissertation wird evaluiert, inwieweit eine Reduktion von Einflussfaktoren auf den Studienabbruch durch eine gezielte Aktivierung und Berücksichtigung individuell vorhandener Kompetenzen, Motivationen sowie Lernstrategien der Studierenden möglich ist. Die Aktivierung großer Kohorten stellt unter Berücksichtigung der diversen Bildungsbiographien und dem Aufbau der Hörsäle eine besondere Herausforderung da. Aus diesem Grund wird im Rahmen dieser Dissertation untersucht, wie sich eine große inhomogene Kohorte aktivieren lässt. Hierzu wird ein fachdidaktisches Konzept mit einem Design-Based Research Ansatz konzeptioniert, realisiert, erprobt sowie anhand von Gütekriterien evaluiert und optimiert. Den Ausgangspunkt einer Lern-Lehr-Situation bildet nach dem fachdidaktischen Konzept eine komplexe, realitätsnahe Problemstellung, welche sich auf ein Problemprodukt bezieht. Dieses Problemprodukt ist ein viabler Lerngegenstand und stammt aus dem späteren Professionsgebiet von Ingenieurinnen und Ingenieuren sowie Informatikerinnen und Informatikern. In einem mehrphasigen Problemlöseprozess informieren sich die Studierenden zu Hause über die Problemstellung, planen Lösungsoptionen und entscheiden sich zwischen diesen. In der Präsenzveranstaltung im Hörsaal werden die Lösungsoptionen diskutiert, kollaborativ implementiert und exemplarisch anhand des Problemproduktes kontrolliert sowie reflektiert. Aufgrund der großen Kohorte können nicht alle Problemlösungen im Hörsaal kontrolliert werden. Aus diesem Grund sind die Problemprodukte Bestandteil eines Remote Labs, sodass eine Kontrolle von zu Hause aus möglich ist. Bei erfolgreicher Teilnahme an Testaten zu den Remote Lab-Versuchen haben Studierende 2020 Bonuspunkte für die abschließende Prüfung erhalten. Das fachdidaktische Konzept ist im Jahr 2019 und unter Einschränkungen durch die Coronapandemie im Jahr 2020 in der Lehrveranstaltung Industrielle Steuerungstechnik und Echtzeitsysteme mit über 100 Studierenden erprobt sowie quantitativ als auch qualitativ evaluiert worden. Während die Mehrheit der Studierenden sich 2019 nicht intrinsisch motivieren ließen, die problemorientierten Aufgabenstellungen zu lösen, führten die Bonuspunkte 2020 zu einer persistenten Aktivierung der Studierenden. Das Interesse an lehrveranstaltungsnahen Professionen konnte in beiden und die Bewertung der eingesetzten Lehrmethode im letzten Feldversuch signifikant verbessert werden. Der entstandene Mehraufwand sowie der Leistungsdruck wurden von den Studierenden als sehr kritisch angesehen, rentierte sich jedoch durch signifikant bessere Prüfungsergebnisse und einemKompetenzzuwachs. Die Evaluationsergebnisse zeigen insgesamt, dass lernendenzenterierte aktivierende Lehre mit großen Kohorten möglich ist